Obrót synchroniczny - Polski Serwis Naukowy

Zielona strefa księżyca pozostaje niewidoczna z planety

Obrót synchroniczny (rotacja synchroniczna) – zjawisko astronomiczne obserwowane w układach dwóch wzajemnie obiegających się ciał niebieskich polegające na tym, że okres obrotu jednego z nich wokół własnej osi jest równy okresowi obiegu wokół drugiego ciała.

Planeta – według definicji Międzynarodowej Unii Astronomicznej, to obiekt astronomiczny okrążający gwiazdę lub pozostałości gwiezdne, nieprzeprowadzający reakcji termojądrowej w swoim wnętrzu, wystarczająco duży, aby uzyskać prawie okrągły kształt oraz osiągnąć dominację w przestrzeni wokół swojej orbity. W odróżnieniu od gwiazd, świecących światłem własnym, planety świecą światłem odbitym[1].

Środek masy ciała lub układu ciał jest punktem, w którym skupiona jest cała masa w opisie układu jako masy punktowej. Pojęcie to jest wykorzystywane także w geometrii.

Występowanie we Wszechświecie

Obrót synchroniczny występuje najczęściej w układach planeta-księżyc, także gwiazda-bliska planeta lub gwiazda-gwiazda. Obok układów, w których tylko jedno ciało obraca się synchronicznie (np. Ziemi-Księżyc) spotyka się także układy pełne tj. takie, w których oba ciała obracają się synchronicznie (np. Pluton-Charon, wiele ciasnych układów podwójnych gwiazd).

Gwiazda – kuliste ciało niebieskie stanowiące skupisko powiązanej grawitacyjnie materii w stanie plazmy. Najbliższa Ziemi gwiazda, Słońce, jest źródłem większości energii na Ziemi. Inne gwiazdy można obserwować na nocnym niebie, gdyż wtedy nie przyćmiewa ich Słońce. Najlepiej widocznym na sferze niebieskiej gwiazdom od dawna nadawano różne nazwy, łączono je także w gwiazdozbiory. Astronomowie pogrupowali gwiazdy oraz inne ciała niebieskie w katalogi astronomiczne, które zapewniają ujednolicone nazewnictwo tych obiektów.

Libracja (od łacińskiego libra - waga, librare - kołysać się w równowadze) to powolne wahania, zazwyczaj bryły jednego ciała niebieskiego, obserwowanego z powierzchni innego, ale także - cykliczne wahania długości orbitalnej naturalnych satelitów planet oraz niektórych elementów ich orbit, powodowane rezonansami ich okresów obiegów (np. u kilku większych księżyców Saturna). W przypadku Księżyca termin ten określa pewien rodzaj ruchów globu księżycowego, oglądanych z Ziemi, a objawiających się drobnymi okresowymi przemieszczeniami szczegółów widocznych na tarczy Księżyca względem jej środka i brzegu. Librację Księżyca odkrył Galileusz w 1637 r.; niemal jednocześnie badał ją także Heweliusz. Okres obrotu Księżyca wokół własnej osi jest zsynchronizowany z okresem obiegu dookoła Ziemi. Zatem zwraca się on do naszej planety zasadniczo cały czas tą samą stroną. Zjawisko libracji pozwala jednak oglądać z Ziemi wąski pas brzegowy drugiej strony Księżyca. Odpowiednio długo prowadzone obserwacje pozwalają zobaczyć 59% jego powierzchni.

Ciało wirujące synchronicznie jest zwrócone stale tą samą stroną do środka obrotu. Jeżeli jest to ciało, które obiega inne dużo masywniejsze ciało, wówczas środek obrotu leży w pobliżu środka większego ciała i ciało krążące synchronicznie jest zwrócone przez cały czas tą samą stroną do obieganego ciała. Z tego właśnie powodu z Ziemi widać tylko jedną stronę Księżyca. Zjawisko libracji na ogół jednak umożliwia widzenie nieco więcej niż połowę powierzchni takich ciał – w przypadku Księżyca jest to 59%.

Moment siły (moment obrotowy) siły F względem punktu O jest to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły, oraz siły F:

Astronomia (gr. ἀστρονομία Astronomía) – nauka o ciałach niebieskich, ich budowie, ruchach, pochodzeniu i ewolucji oraz o materii rozproszonej w przestrzeni kosmicznej (zwanej też kosmosem). Astronomia, a ściślej jej dział zwany kosmologią, zajmuje się także Wszechświatem jako całością. Nazwa astronomia pochodzi z greki: ἄστρον astron (gwiazda) + νόμος nómos (prawo).

Obrót synchroniczny jest zjawiskiem dość powszechnym we Wszechświecie. W Układzie Słonecznym podlegają mu wszystkie większe księżyce o uformowanej kulistej strukturze.

Mechanizm zjawiska

Przyczyną tego zjawiska są siły pływowe. Powodują one deformację płynnej części satelity oraz w niewielkim stopniu planety, wokół której krąży satelita. Jeżeli satelita obraca się szybciej niż obrót synchroniczny, to deformacja opóźnia się względem obrotu i nie leży na osi łączącej środki mas obu ciał. W efekcie tego na ciało wirujące w kierunku w działa moment siły hamujący rotację (h). W przypadku obrotu wolniejszego od obrotu synchronicznego moment siły ma odwrotny kierunek i przyspiesza obrót planety. Efekt hamowania lub przyspieszania obrotu jest tym silniejszy, im większa jest "rozbieżność" pola grawitacyjnego, które objawia się jako siła pływowa, satelita ma znaczną część płynną i wykonuje obrót znacznie różniący się od obrotu synchronicznego. W polu centralnym "rozbieżność" maleje w 3 potędze odległości. Dlatego synchronizacja pojawia się w ciasnych układach podwójnych, a w przypadku planet w Układzie Słonecznym najsilniejsza jest w przypadku Merkurego. Ze względu na większą odległość hamowanie obrotu własnego Wenus jest dużo słabsze. Dlatego obrót tej planety nie stał się jeszcze synchroniczny, chociaż doba na Wenus jest już bardzo długa – 243 dni ziemskie.

Układ Słoneczny – , pięć planet karłowatych i miliardy małych ciał Układu Słonecznego, do których zalicza się planetoidy, obiekty pasa Kuipera, komety, meteoroidy i pył okołoplanetarny.

Ziemia (łac. Terra) − trzecia licząc od Słońca, a piąta co do wielkości planeta Układu Słonecznego. Pod względem średnicy, masy i gęstości jest to największa planeta skalista Układu.